CN117059503B - 一种基于金属有机源焊接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接领域,具体是一种基于金属有机源焊接的方法,在芯片、基底上电镀或溅射一层具有一定厚度的金属层,然后利用热源加热分解金属有机源溶液,蒸发分解后,在芯片、基底的金属镀层上会形成高活性多孔纳米银膜,然后面对面加压焊接;对基底、芯片上的金属镀层进行超声‑射流电沉积预处理,使其表面生成预处理层镍‑氮化铝复合镀层;对纳米氮化铝进行改性处理,在纳米氮化铝表面原位生成咪唑基框架,再结合超声‑射流电沉积工艺,有效提高纳米氮化铝在镀液中的分散性,从而在基底、芯片上形成均匀的耐高温预处理层,其中复合纳米氮化铝中的咪唑协同提升金属有机源溶液的成膜性,提高表面的高温可焊性与韧性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域,具体是一种基于金属有机源焊接的方法。
背景技术
随着科技的进步,新能源电动汽车、高铁、电力远程运输对其所使用的功率模块提出了越发严苛的要求。传统的硅基芯片功率模块已逐渐不能满足上述事物的要求。越来越多的目光投向第三代半导体-宽禁隙半导体,如SiC和GaN等,其耐高温、击穿电压高、高开关频率、能适应高电流密度的特性能较好的满足现阶段人们对高性能芯片的需求。
但是耐高温一般指芯片的工作温度高于250℃,传统的焊料的熔点一般在250℃以下,以传统焊料为互连层的芯片在高于250℃的条件下工作会因为焊点融化而失效。所以现在急需一种芯片焊接材料来满足这种高要求并实现。因此纳米金属焊膏逐渐走入大众视野,其小尺寸高表面能,赋予其高温下能稳定的服役和快速散热。但是现有应用纳米金属焊膏的过程比较复杂繁琐,不利于其市场化推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于金属有机源焊接的方法,以解决现有技术中的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种基于金属有机源焊接的方法,包括以下步骤:
S1:将基底、芯片进行超声清洗处理;
S2:将金属有机源溶液分别涂敷在芯片的金属镀层与基底的金属镀层上,升温固化处理,在芯片、基底上形成纳米多孔银膜;
S3:将芯片的纳米多孔银膜与基底的纳米多孔银膜相对,加压烧结,形成互连金属层,得到芯片封装互连结构。
进一步的,基底、芯片上的金属镀层的制备方法为电镀或溅射中一种或结合,基底、芯片上的金属镀层的厚度为0.1-500μm。
进一步的,基底为陶瓷覆铜板。
进一步的,基底、芯片上的金属镀层为铜、银、金、镍、钴、铟、钯、铂、铝中的一种或几种。
进一步的,金属有机源溶液通过铜或银前驱体和有机配体在溶剂中络合得到。
进一步的,银前驱体为硝酸银、醋酸银、草酸银、乳酸银、柠檬酸银、碳酸银中一种;铜前驱体为甲酸铜、醋酸铜、乳酸铜、氢氧化铜、硝酸铜中一种;有机物配体为二异丁胺、二正己胺环丁基胺、N-乙基丙胺、(R)-(-)-1-氨基-2-丙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、(S)-(+)-1-氨基-2-丙醇、乙二胺、丙二胺中一种;溶剂为水、乙醇、甲醇、乙二醇、甘油、二甘醇、三甘醇、α-萜品醇、β-萜品醇、γ-萜品醇和δ-萜品醇中一种或几种复配。
进一步的,升温固化处理的工作条件为:在工作气氛下,在110-300℃保温30-3600s;加压烧结的工作条件为:在工作气氛下,在150-300℃保温30-3600s,施压压力为0.1-20MPa。
进一步的,升温固化处理的工作条件为:在工作气氛下,在110-220℃保温1200-3600s;加压烧结的工作条件为:在工作气氛下,在150-300℃保温700-3600s,施压压力为0.1-20MPa。
进一步的,升温固化处理与加压烧结中的工作气氛为空气、氮气、真空、氩气、5%氩氢混合气体、二氧化碳中一种。
进一步的,5%氩氢混合气体为氢气与氩气的体积比为1:19。
进一步的,对基底、芯片上的金属镀层进行预处理,包括以下步骤:
1)制备复合纳米氮化铝;
①在氩气气氛下,将硼氢化钠、2-甲基咪唑混合,加热至210℃保温3h,冷却、粉碎,用乙醇加热溶解后旋蒸,依次用无水丙酮、无水甲苯洗涤3-5次后抽滤,烘干,研磨,得到配体;
②将六水硝酸锌、硝酸银、配体、4,4-二苯醚二甲酸、N,N-二甲基甲酰胺、2-氨基-1-丁醇、乙腈混合,升温至80℃保温10-12h,加入纳米氮化铝,继续保温48-60h,自然冷却,依次用无水乙醇和去离子水洗涤3-5次,得到复合纳米氮化铝;
2)镀液的制备:
将复合纳米氮化铝、月桂醇醚磷酸酯、糖精钠、十六烷基硫酸钠、去离子水混合,升温至80℃保温20-30min,加入六水合硫酸镍、六水合氯化镍、硼酸,以800r/min搅拌3h,超声处理1h,得到镀液;
3)用步骤2)制备的镀液分别对基底、芯片上的金属镀层进行超声-射流电沉积处理,在基底、芯片上的金属镀层上分别形成预处理层。
进一步的,以1L去离子水为溶剂,镀液的组成为:复合纳米氮化铝1-1.5g、月桂醇醚磷酸酯0.12g、糖精钠1g、十六烷基硫酸钠0.1g、六水合硫酸镍230g、六水合氯化镍18g、硼酸20g。
进一步的,超声-射流电沉积处理的工作条件为:超声波功率为250-280W,超声波频率为30kHz,占空比为25%;电流密度为35A/dm2;镀液温度为50-55℃;镀液pH值为4.0-4.5;射流速度为6-8m/s,施镀时间为30min。
本发明的有益效果:
本发明提供一种基于金属有机源焊接的方法,对基底、芯片上的金属镀层进行超声-射流电沉积预处理,然后利用金属有机源将芯片与基底直接键合,在解决纳米银焊膏应用过程复杂的同时,有效提高键合层的耐高温性及强度。
本发明先在芯片、基底上电镀或溅射一层具有一定厚度的金属层,然后利用热源加热分解金属有机源溶液,蒸发分解后,在芯片、基底的金属镀层上会形成高活性多孔纳米银膜,然后面对面加压焊接,本发明直接利用金属化合物前驱体在芯片、基底上生成焊接层,而非传统的颗粒合成、配制金属颗粒焊膏等步骤,实现了简化工艺,降低成本的目的,有利于其市场化推广;且本发明实现了直接在芯片或者基底上由金属化合物生成高活性焊接材料,实现芯片与基底稳定连接的目的,有效简化了芯片互连的过程,有效降低芯片的生产成本,从而提高封装效率;
本发明对基底、芯片上的金属镀层进行超声-射流电沉积预处理,使其表面生成预处理层镍-氮化铝复合镀层,在提高其表面润湿性、增强金属有机源溶液在表面附着力同时,进一步提高基底、芯片的耐高温性与可焊接性;
通过在镀液中引入纳米氮化铝来提高基底、芯片的耐高温性与强度,但是纳米氮化铝因具有高表面能易发生团聚,导致粒子在镀液中分布不均匀,进而影响镀层显微结构,本发明对纳米氮化铝进行改性处理,在纳米氮化铝表面原位生成咪唑基框架,再结合超声-射流电沉积工艺,有效提高纳米氮化铝在镀液中的分散性,从而在基底、芯片上形成均匀的耐高温预处理层,其中复合纳米氮化铝中的咪唑协同提升金属有机源溶液的成膜性,提高表面的高温可焊性与韧性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为芯片封装互连结构示意图;
图2为实施例1断裂面SEM图;
1-基底、2-基底的金属镀层、3-芯片、4-芯片的金属镀层、5-互连金属层。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……,则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明,应当理解,以下实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1:一种基于金属有机源焊接的方法,包括以下步骤:
S1:将基底1、芯片3进行超声清洗处理;
S2:将金属有机源溶液分别涂敷在芯片的金属镀层4与基底的金属镀层2上300μm,升温固化处理,在芯片3、基底1上形成纳米多孔银膜;
S3:将芯片3的纳米多孔银膜与基底1的纳米多孔银膜相对,加压烧结,形成互连金属层5;
基底、芯片上的金属镀层的制备方法为溅射,基底、芯片上的金属镀层的厚度为200μm;基底、芯片上的金属镀层为金;
金属有机源溶液的制备包括以下步骤:在25℃中,1mmol醋酸银、2mmol2-氨基-2-甲基-1-丙醇、100mL去离子水混合,得到金属有机源溶液;
升温固化处理的工作条件为:在工作气氛下,在180℃保温1200s;加压烧结的工作条件为:在工作气氛下,在200℃保温3600s,施压压力为0.1MPa;升温固化处理与加压烧结中的工作气氛为空气。
实施例2:一种基于金属有机源焊接的方法,包括以下步骤:
S1:将基底1、芯片3进行超声清洗处理;
S2:将金属有机源溶液分别涂敷在芯片的金属镀层4与基底的金属镀层2上50μm,升温固化处理,在芯片3、基底1上形成纳米多孔铜膜;
S3:将芯片3的纳米多孔铜膜与基底1的纳米多孔铜膜相对,加压烧结,形成互连金属层5;
基底、芯片上的金属镀层的制备方法为溅射,基底、芯片上的金属镀层的厚度为200μm;基底、芯片上的金属镀层为铜;
金属有机源溶液的制备包括以下步骤:在25℃中,1mmol甲酸铜、1mmol乙二胺、100mL乙醇混合,得到金属有机源溶液;
升温固化处理的工作条件为:在工作气氛下,在110℃保温3600s;加压烧结的工作条件为:在工作气氛下,在150℃保温3000s,施压压力为20MPa;升温固化处理与加压烧结中的工作气氛为氮气。
实施例3:一种基于金属有机源焊接的方法,包括以下步骤:
S1:将基底1、芯片3进行超声清洗处理;
S2:将金属有机源溶液分别涂敷在芯片的金属镀层4与基底的金属镀层2上800μm,升温固化处理,在芯片3、基底1上形成纳米多孔银铜混合膜;
S3:将芯片3的纳米多孔银铜混合膜与基底1的纳米多孔银铜混合膜相对,加压烧结,形成互连金属层5;
基底、芯片上的金属镀层的制备方法为溅射,基底、芯片上的金属镀层的厚度为200μm;基底、芯片上的金属镀层为金;
金属有机源溶液的制备包括以下步骤:在25℃中,1mmol草酸银、4mmol二异丁胺、100mL乙二醇混合,得到银有机源溶液;在25℃中,1mmol氢氧化铜、5mmol(R)-(-)-1-氨基-2-丙醇、100mL甲醇混合,得到铜有机源溶液;将银有机源溶液与铜有机源溶液以质量比1:1混合,得到金属有机源溶液;
升温固化处理的工作条件为:在工作气氛下,在220℃保温1800s;加压烧结的工作条件为:在工作气氛下,在300℃保温700s,施压压力为0.5MPa;升温固化处理与加压烧结中的工作气氛为5%氩氢混合气体。
实施例4:一种基于金属有机源焊接的方法,包括以下步骤:
S1:将基底1、芯片3进行超声清洗处理;
S2:将金属有机源溶液分别涂敷在芯片的金属镀层4与基底的金属镀层2上300μm,升温固化处理,在芯片3、基底1上形成纳米多孔银膜;
S3:将芯片3的纳米多孔银膜与基底1的纳米多孔银膜相对,加压烧结,形成互连金属层5;
基底、芯片上的金属镀层的制备方法为溅射,基底、芯片上的金属镀层的厚度为200μm;基底、芯片上的金属镀层为金;
金属有机源溶液的制备包括以下步骤:在25℃中,1mmol醋酸银、2mmol2-氨基-2-甲基-1-丙醇、100mL去离子水混合,得到金属有机源溶液;
升温固化处理的工作条件为:在工作气氛下,在180℃保温1200s;加压烧结的工作条件为:在工作气氛下,在200℃保温3600s,施压压力为0.1MPa;升温固化处理与加压烧结中的工作气氛为空气;
对基底、芯片上的金属镀层进行预处理,包括以下步骤:
1)制备复合纳米氮化铝;
①在氩气气氛下,将0.131g硼氢化钠、1.05g2-甲基咪唑混合,加热至210℃保温3h,冷却、粉碎,用乙醇加热溶解后旋蒸,依次用无水丙酮、无水甲苯洗涤3次后抽滤,烘干,研磨,得到配体;
②将0.5mmol六水硝酸锌、0.5mmol硝酸银、0.35mmol配体、0.5mmol4,4-二苯醚二甲酸、3mLN,N-二甲基甲酰胺、1mL2-氨基-1-丁醇、3mL乙腈混合,升温至80℃保温10h,加入0.1g纳米氮化铝,继续保温48h,自然冷却,依次用无水乙醇和去离子水洗涤3次,得到复合纳米氮化铝;
2)镀液的制备:
将复合纳米氮化铝、月桂醇醚磷酸酯、糖精钠、十六烷基硫酸钠、去离子水混合,升温至80℃保温20min,加入六水合硫酸镍、六水合氯化镍、硼酸,以800r/min搅拌3h,超声处理1h,得到镀液;
3)用步骤2)制备的镀液分别对基底、芯片上的金属镀层进行超声-射流电沉积处理,在基底、芯片上的金属镀层上分别形成预处理层;
以1L去离子水为溶剂,镀液的组成为:复合纳米氮化铝1.5g、月桂醇醚磷酸酯0.12g、糖精钠1g、十六烷基硫酸钠0.1g、六水合硫酸镍230g、六水合氯化镍18g、硼酸20g;
超声-射流电沉积处理的工作条件为:超声波功率为250W,超声波频率为30kHz,占空比为25%;电流密度为35A/dm2;镀液温度为50℃;镀液pH值为4;射流速度为6m/s,施镀时间为30min,喷嘴出口直径为2mm,喷嘴长度为70mm。
实施例5:一种基于金属有机源焊接的方法,包括以下步骤:
S1:将基底1、芯片3进行超声清洗处理;
S2:将金属有机源溶液分别涂敷在芯片的金属镀层4与基底的金属镀层2上300μm,升温固化处理,在芯片3、基底1上形成纳米多孔银膜;
S3:将芯片3的纳米多孔银膜与基底1的纳米多孔银膜相对,加压烧结,形成互连金属层5;
基底、芯片上的金属镀层的制备方法为溅射,基底、芯片上的金属镀层的厚度为200μm;基底、芯片上的金属镀层为金;
金属有机源溶液的制备包括以下步骤:在25℃中,1mmol醋酸银、2mmol2-氨基-2-甲基-1-丙醇、100mL去离子水混合,得到金属有机源溶液;
升温固化处理的工作条件为:在工作气氛下,在180℃保温1200s;加压烧结的工作条件为:在工作气氛下,在200℃保温3600s,施压压力为0.1MPa;升温固化处理与加压烧结中的工作气氛为空气;
对基底、芯片上的金属镀层进行预处理,包括以下步骤:
1)制备复合纳米氮化铝;
①在氩气气氛下,将0.131g硼氢化钠、1.05g2-甲基咪唑混合,加热至210℃保温3h,冷却、粉碎,用乙醇加热溶解后旋蒸,依次用无水丙酮、无水甲苯洗涤3-5次后抽滤,烘干,研磨,得到配体;
②将0.5mmol六水硝酸锌、0.5mmol硝酸银、0.35mmol配体、0.5mmol4,4-二苯醚二甲酸、3mLN,N-二甲基甲酰胺、1mL2-氨基-1-丁醇、3mL乙腈混合,升温至80℃保温11h,加入0.1g纳米氮化铝,继续保温52h,自然冷却,依次用无水乙醇和去离子水洗涤4次,得到复合纳米氮化铝;
2)镀液的制备:
将复合纳米氮化铝、月桂醇醚磷酸酯、糖精钠、十六烷基硫酸钠、去离子水混合,升温至80℃保温25min,加入六水合硫酸镍、六水合氯化镍、硼酸,以800r/min搅拌3h,超声处理1h,得到镀液;
3)用步骤2)制备的镀液分别对基底、芯片上的金属镀层进行超声-射流电沉积处理,在基底、芯片上的金属镀层上分别形成预处理层;
以1L去离子水为溶剂,镀液的组成为:复合纳米氮化铝1.2g、月桂醇醚磷酸酯0.12g、糖精钠1g、十六烷基硫酸钠0.1g、六水合硫酸镍230g、六水合氯化镍18g、硼酸20g;
超声-射流电沉积处理的工作条件为:超声波功率为260W,超声波频率为30kHz,占空比为25%;电流密度为35A/dm2;镀液温度为53℃;镀液pH值为4.2;射流速度为7m/s,施镀时间为30min,喷嘴出口直径为2mm,喷嘴长度为70mm。
实施例6:一种基于金属有机源焊接的方法,包括以下步骤:
S1:将基底1、芯片3进行超声清洗处理;
S2:将金属有机源溶液分别涂敷在芯片的金属镀层4与基底的金属镀层2上300μm,升温固化处理,在芯片3、基底1上形成纳米多孔银膜;
S3:将芯片3的纳米多孔银膜与基底1的纳米多孔银膜相对,加压烧结,形成互连金属层5;
基底、芯片上的金属镀层的制备方法为溅射,基底、芯片上的金属镀层的厚度为200μm;基底、芯片上的金属镀层为金;
金属有机源溶液的制备包括以下步骤:在25℃中,1mmol醋酸银、2mmol2-氨基-2-甲基-1-丙醇、100mL去离子水混合,得到金属有机源溶液;
升温固化处理的工作条件为:在工作气氛下,在180℃保温1200s;加压烧结的工作条件为:在工作气氛下,在200℃保温3600s,施压压力为0.1MPa;升温固化处理与加压烧结中的工作气氛为空气;
对基底、芯片上的金属镀层进行预处理,包括以下步骤:
1)制备复合纳米氮化铝;
①在氩气气氛下,将0.131g硼氢化钠、1.05g2-甲基咪唑混合,加热至210℃保温3h,冷却、粉碎,用乙醇加热溶解后旋蒸,依次用无水丙酮、无水甲苯洗涤5次后抽滤,烘干,研磨,得到配体;
②将0.5mmol六水硝酸锌、0.5mmol硝酸银、0.35mmol配体、0.5mmol4,4-二苯醚二甲酸、3mLN,N-二甲基甲酰胺、1mL2-氨基-1-丁醇、3mL乙腈混合,升温至80℃保温12h,加入0.1g纳米氮化铝,继续保温60h,自然冷却,依次用无水乙醇和去离子水洗涤5次,得到复合纳米氮化铝;
2)镀液的制备:
将复合纳米氮化铝、月桂醇醚磷酸酯、糖精钠、十六烷基硫酸钠、去离子水混合,升温至80℃保温20min,加入六水合硫酸镍、六水合氯化镍、硼酸,以800r/min搅拌3h,超声处理1h,得到镀液;
3)用步骤2)制备的镀液分别对基底、芯片上的金属镀层进行超声-射流电沉积处理,在基底、芯片上的金属镀层上分别形成预处理层;
以1L去离子水为溶剂,镀液的组成为:复合纳米氮化铝1g、月桂醇醚磷酸酯0.12g、糖精钠1g、十六烷基硫酸钠0.1g、六水合硫酸镍230g、六水合氯化镍18g、硼酸20g;
超声-射流电沉积处理的工作条件为:超声波功率为280W,超声波频率为30kHz,占空比为25%;电流密度为35A/dm2;镀液温度为55℃;镀液pH值为4.5;射流速度为8m/s,施镀时间为30min,喷嘴出口直径为2mm,喷嘴长度为70mm。
对比例1:以实施例4为对照组,用纳米氮化铝替换复合纳米氮化铝,其他工序正常。
对比例2:以实施例4为对照组,没有进行超声-射流电沉积处理,直接电镀处理,电流密度为35A/dm2;镀液温度为50℃;镀液pH值为4.5;施镀时间为30min;其他工序正常。
上述实施例与对比例中所用原料来源:
醋酸银S104733、甲酸铜C304074、乙二胺E112132、二异丁胺D108052、乙二醇E103319、氢氧化铜C105403、(R)-(-)-1-氨基-2-丙醇R160942、硼氢化钠S432202、2-甲基咪唑M104839、六水硝酸锌Z111703、硝酸银S433972、4,4-二苯醚二甲酸O102218、N,N-二甲基甲酰胺D111999、2-氨基-1-丁醇A107264、纳米氮化铝A432363、糖精钠S190458、十六烷基硫酸钠S477341、六水合硫酸镍N141015、六水合氯化镍N112126:阿拉丁试剂;月桂醇醚磷酸酯AEO-3P:湖北科沃德化工有限公司;2-氨基-2-甲基-1-丙醇S16023:上海源叶生物科技有限公司;草酸银533-51-7:郴州高鑫材料有限公司;乙醇、丙酮、甲苯、乙腈、硼酸,分析纯:国药集团试剂。
实施例与对比例中所用基底为500μm陶瓷覆铜板,陶瓷基片为碳化硅。
性能测试:
采用剪切力测试机对连接层的剪切力,单位为MPa;冷热循环实验:进行冷热循环,观察外形:从25℃升温至280℃,冷热循环1000次,无损坏,不分离、无隆起,则为优良;冷热循环800次,无损坏,不分离、无隆起,则为合格,如表1所示:
表1
本发明提供一种基于金属有机源焊接的方法,对基底、芯片上的金属镀层进行超声-射流电沉积预处理,然后利用金属有机源将芯片与基底直接键合,在解决纳米银焊膏应用过程复杂的同时,有效提高键合层的耐高温性及强度。
本发明先在芯片、基底上电镀或溅射一层具有一定厚度的金属层,然后利用热源加热分解金属有机源溶液,蒸发分解后,在芯片、基底的金属镀层上会形成高活性多孔纳米银膜,然后面对面加压焊接,本发明直接利用金属化合物前驱体在芯片、基底上生成焊接层,而非传统的颗粒合成、配制金属颗粒焊膏等步骤,实现了简化工艺,降低成本的目的,有利于其市场化推广;
将实施例4与对比例1进行对比可知,通过在镀液中引入纳米氮化铝来提高基底、芯片的耐高温性与强度,但是纳米氮化铝因具有高表面能易发生团聚,导致粒子在镀液中分布不均匀,进而影响镀层显微结构,本发明对纳米氮化铝进行改性处理,在纳米氮化铝表面原位生成咪唑基框架,再结合超声-射流电沉积工艺,有效提高纳米氮化铝在镀液中的分散性,从而在基底、芯片上形成均匀的耐高温预处理层,其中复合纳米氮化铝中的咪唑协同提升金属有机源溶液的成膜性,提高表面的高温可焊性与韧性。
将实施例4与对比例2进行对比可知,本发明对基底、芯片上的金属镀层进行超声-射流电沉积预处理,使其表面生成均匀的预处理层镍-氮化铝复合镀层,在提高其表面润湿性、增强金属有机源溶液在表面附着力同时,进一步提高基底、芯片的耐高温性与可焊接性。
以上所述仅为本发明的为实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于金属有机源焊接的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将基底(1)、芯片(3)进行超声清洗处理;
S2:将金属有机源溶液分别涂敷在芯片的金属镀层(4)与基底的金属镀层(2)上,升温固化处理,在芯片(3)、基底(1)上形成纳米多孔银膜;
S3:将芯片(3)的纳米多孔银膜与基底(1)的纳米多孔银膜相对,加压烧结,形成互连金属层(5),得到芯片封装互连结构;
金属有机源溶液通过铜或银前驱体和有机配体在溶剂中络合得到;
银前驱体为硝酸银、醋酸银、草酸银、乳酸银、柠檬酸银、碳酸银中一种;铜前驱体为甲酸铜、醋酸铜、乳酸铜、氢氧化铜、硝酸铜中一种;有机物配体为二异丁胺、二正己胺环丁基胺、N-乙基丙胺、(R)-(-)-1-氨基-2-丙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、(S)-(+)-1-氨基-2-丙醇、乙二胺、丙二胺中一种;溶剂为水、乙醇、甲醇、乙二醇、甘油、二甘醇、三甘醇、α-萜品醇、β-萜品醇、γ-萜品醇和δ-萜品醇中一种或几种复配;
对基底、芯片上的金属镀层进行预处理,包括以下步骤:
1)制备复合纳米氮化铝;
①在氩气气氛下,将硼氢化钠、2-甲基咪唑混合,加热至210℃保温3h,冷却、粉碎,用乙醇加热溶解后旋蒸,依次用无水丙酮、无水甲苯洗涤3-5次后抽滤,烘干,研磨,得到配体;
②将六水硝酸锌、硝酸银、配体、4,4-二苯醚二甲酸、N,N-二甲基甲酰胺、2-氨基-1-丁醇、乙腈混合,升温至80℃保温10-12h,加入纳米氮化铝,继续保温48-60h,自然冷却,依次用无水乙醇和去离子水洗涤3-5次,得到复合纳米氮化铝;
2)镀液的制备:
将复合纳米氮化铝、月桂醇醚磷酸酯、糖精钠、十六烷基硫酸钠、去离子水混合,升温至80℃保温20-30min,加入六水合硫酸镍、六水合氯化镍、硼酸,以800r/min搅拌3h,超声处理1h,得到镀液;
3)用步骤2)制备的镀液分别对基底、芯片上的金属镀层进行超声-射流电沉积处理,在基底、芯片上的金属镀层上分别形成预处理层。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属有机源焊接的方法,其特征在于,基底、芯片上的金属镀层的制备方法为电镀或溅射中一种或结合,基底、芯片上的金属镀层的厚度为0.1-500μm。
3.根据权利要求2所述的一种基于金属有机源焊接的方法,其特征在于,基底、芯片上的金属镀层为铜、银、金、镍、钴、铟、钯、铂、铝中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种基于金属有机源焊接的方法,其特征在于,升温固化处理的工作条件为:在工作气氛下,在110-220℃保温1200-3600s;加压烧结的工作条件为:在工作气氛下,在150-300℃保温700-3600s,施压压力为0.1-20MPa。
5.根据权利要求4所述的一种基于金属有机源焊接的方法,其特征在于,升温固化处理与加压烧结中的工作气氛为空气、氮气、真空、氩气、5%氩氢混合气体、二氧化碳中一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于金属有机源焊接的方法,其特征在于,对基底、芯片上的金属镀层进行预处理时,以1L去离子水为溶剂,镀液的组成为:复合纳米氮化铝1-1.5g、月桂醇醚磷酸酯0.12g、糖精钠1g、十六烷基硫酸钠0.1g、六水合硫酸镍230g、六水合氯化镍18g、硼酸20g。
7.根据权利要求1所述的一种基于金属有机源焊接的方法,其特征在于,超声-射流电沉积处理的工作条件为:超声波功率为250-280W,超声波频率为30kHz,占空比为25%;电流密度为35A/dm2;镀液温度为50-55℃;镀液pH值为4.0-4.5;射流速度为6-8m/s,施镀时间为30min。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108520855A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-09-11 | 北京科技大学 | 一种纳米银浆提高陶瓷覆铜板可靠性的方法 |
CN111415918A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-07-14 | 深圳第三代半导体研究院 | 一种基于反应性膜的互连方法 |
CN111607811A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-09-01 | 苏州清飙科技有限公司 | 铜铜键合材料的制备方法及其应用 |
CN115440695A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-12-06 | 江苏恒盈电子科技有限公司 | 一种耐高温超薄半导体引线框架及其制备方法 |
WO2023097787A1 (zh) * | 2021-12-02 | 2023-06-08 | 深圳先进技术研究院 | 一种多孔纳米铜膜在电子器件封装互连中的应用 |
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Family Cites Families (1)
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---|---|---|---|---|
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108520855A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-09-11 | 北京科技大学 | 一种纳米银浆提高陶瓷覆铜板可靠性的方法 |
CN111415918A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-07-14 | 深圳第三代半导体研究院 | 一种基于反应性膜的互连方法 |
CN111607811A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-09-01 | 苏州清飙科技有限公司 | 铜铜键合材料的制备方法及其应用 |
WO2023097787A1 (zh) * | 2021-12-02 | 2023-06-08 | 深圳先进技术研究院 | 一种多孔纳米铜膜在电子器件封装互连中的应用 |
CN115440695A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-12-06 | 江苏恒盈电子科技有限公司 | 一种耐高温超薄半导体引线框架及其制备方法 |
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